Hot Fire Tests of the KSR-III Sub.(I) Engines

In the preceding tests using the KSR-III Sub.(I) engines, it was observed that the heat resistant capability of the engines was not enough for the mission. So Sub.(I) Mod. engines were designed and tested. The Sub.(I) Mod. engines have three major design parameters - the arrangement of main injectors, the impinging angle of main injectors and thermal barrier coating. More than twenty experiments were carried on to evaluate engine performance and heat resistance capability with respect to design parameters. In this study, the test results are introduced. Analysing the result of Sub.(I) engine tests, it is found that decreasing the impinging angle, adopting the H-type arrangement(rather than radial type arrangement) and adopting the thermal barrier coating can increase heat resistance capacity substantially. Also, engine performance evaluation is conducted using specific impulse and characteristic velocity parameter. The results show that the performance variation is small(about 5%) and the performance is better in the case of radial arrangement. It is suspected that these phenomena are caused by the change of flame structure atomization mixing characteristic of sprays and the distortion of recirculation zone. Also from the low frequency instability point of view, it is observed that reducing the impinging angle and adopting the H type arrangement can increase the instability characteristics.

KSR-III 축소형(I) 엔진의 연소 시험

KSR-III 축소(I) 기본형 엔진에 대한 연소 시험을 실시한 결과 분사면의 내열 특성이 불량한 것으로 판명되었으며, 이에 기본형 엔진의 설계를 다각도로 수정한 축소(I) 수정형 엔진을 제작하게 되었다. 주요 설계 파라미터는 주분사기의 배열, 주분사기의 충돌각, 열차폐코팅이었으며 이들에 대한 시험적 연구를 수행하고 각 디자인에 대한 엔진 성능 및 내열 성능을 비교하였다. 내열 성능은 직교배열의 경우, 주분사기 충돌각이 작은 경우, 열차폐 코팅이 있는 경우 향상되는 경향을 보였으며, 일부는 30초 시험을 통해서 적절한 내열 성능을 보여주었다. 그에 따른 엔진 성능의 변화를 살펴보면 5% 범위 이내에서 성능 차이를 보이는데, 방사배열의 경우가 직교배열의 경우보다 성능이 높고, 주분사기 충돌각 $15^{\circ}$의 경우가 $20^{\circ}$의 경우보다 오히려 높게 나타났다. 또한, 저주파 연소불안정성의 측면에서는 충돌각이 작을수록, 방사형 배열보다는 직교형 배열의 경우 불안정 특성이 큰 것으로 판명되었다. 이러한 내열 성능 및 엔진 성능의 변화는 분무 특성의 변화 및 이에 의한 화염 구조의 변화에 기인하는 것으로 보이며, 보다 심도 있는 분석을 위해 추가적인 연구가 필요하다.